• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

grundstof

Oprindelige forfattere ASmi, Bos og HeSø Seneste forfatter Redaktionen

grundstof, element, stof, der består af atomer, som alle har samme antal protoner i atomkernen; dette protontal kaldes også for atomnummeret. Et grundstofs isotoper adskiller sig ved forskelligt antal neutroner i kernen. De fleste grundstoffer er blandinger af stabile isotoper.

En omdannelse af et grundstof til et andet beror altså på en ændring af atomkernens protontal. Grundstofomdannelser finder sted i naturen dels ved radioaktivitet, dels ved fusionsprocesser i stjernerne. Grundstofomdannelser kan i laboratorier frembringes ved bombardement af atomkerner med atomare partikler og er forbundet med meget store energiudvekslinger som fx i kernereaktorer og kernevåben. I dag (2015) kendes ca. 116 forskellige grundstoffer. Usikkerheden skyldes, at der ofte går flere år fra de første rapporter om opdagelsen til den endelige accept fra IUPAC, der står for navngivning af grundstofferne.

Denne moderne definition af et grundstof bygger således på vor nutidige viden om atomer, men grundstofbegrebet opstod og blev udviklet uafhængigt af atomteori.

Annonce

Oldtidens kemi omfattede forestillinger om, at alt stof var opbygget af et urstof. Thales antog, at urstoffet var vand. Teorien om et urstof blev kasseret af Empedokles, der beskrev de kemiske iagttagelser vha. en teori om "de fire elementer": vand, luft, ild og jord. Til de fire elementer føjede Platon æter, der var det element, hvoraf himlene var opbygget, og som vi mennesker ikke havde adgang til.

Aristoteles gav en samlet fremstilling af læren om de fire elementer; under navnet "den aristoteliske kemi" kom denne fremstilling til at herske som den gældende grundstofteori i de følgende to tusinde år.

Middelalderens kemi var præget af alkymi, kunsten at fremstille guld af uædelt materiale. Hvis såvel guld som andre stoffer var opbygget af de fire elementer, måtte det være muligt at blande og nedbryde stof og derefter genopbygge det med en ny elementsammensætning. Guldmagerkunst var en mulighed efter den aristoteliske kemi.

Den kemiske revolution betød indførelse af et helt nyt grundstofbegreb. Den vigtigste enkeltbegivenhed er A.L. LavoisiersTraité Élémentaire de Chimie (1789). Her benyttes en grundstofdefinition, der oprindelig var fremsat af R. Boyle: Et grundstof er noget primitivt og simpelt, der ikke kan dannes af andre stoffer. Det var imidlertid Lavoisier, som opstillede en grundstoftabel (det havde Boyle ikke gjort), og konsekvent benyttede loven om elementernes bevarelse: Mængden og arten af de kemiske grundstoffer ændres ikke ved en kemisk reaktion. Denne lov er grundloven for alt kemisk arbejde. Se også det periodiske system.

Forekomst

Mere end 90 % af atomerne i Universets stjerner og i det støv og de gasser, der findes mellem stjernerne i det interstellare rum, udgøres af grundstoffet hydrogen (H).

Solen, Jorden og de andre planeter i Solsystemet er for ca. 4,5 mia. år siden opstået i en roterende, flad skive af interstellart materiale, dvs. af en blanding af hydrogen, helium og de andre grundstoffer, der er dannet i stjernerne. Man mener, at sammensætningen af dette materiale, når bortses fra H og He, repræsenteres af den meteorittype, der kaldes kulkondritter, som er rige på vand, kulstof i form af grafit og organiske, kemiske forbindelser. Dette materiale klumpedes sammen til større legemer, planetesimaler, som igen klumpedes sammen under dannelse af Solen midt i og planeterne ude i skiven. Energiudviklingen i Solen var årsag til, at de letteste grundstoffer i skiven, især H og He, blev presset ud til de ydre dele af Solsystemet, hvor de store ydre planeter, Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, dannedes. Jorden og de andre indre planeter, Merkur, Venus og Mars, blev dannet ved sammenklumpning af planetesimaler under frigørelse af tyngdeenergi, hvilket resulterede i en opvarmning. Planetesimalerne indeholdt desuden et stort antal radioaktive isotoper, langlivede som fx 238U og 40K, samt et stort antal kortlivede isotoper som fx 26Al med en halveringstid på kun 700.000 år. Disse isotoper forsvandt i løbet af jordklodens tidligste barndom, men var årsag til en meget kraftig opvarmning med smeltning til følge. Som et resultat af smeltningen blev jordkloden opdelt i en indre kerne, der hovedsagelig består af jern og nikkel, og en omgivende kappe, der består af silikat- og oxidmineraler. Under den efterfølgende udvikling dannedes en jordskorpe ved opsmeltning af materiale i den øvre kappe. Denne jordskorpedannelse kan i dag iagttages i midtoceanryggene, hvor der hele tiden dannes ny oceanbundsskorpe. Jordkloden består derfor i dag af en kerne, en kappe og en skorpe.

Opdelingen af jordkloden i kerne, kappe og skorpe resulterede i en fraktionering af grundstofferne. V.M. Goldschmidt har i 1923 inddelt grundstofferne i fire hovedgrupper på grundlag af denne fraktionering:

Siderofile, de grundstoffer, der fulgte jern og koncentreredes i kernen, fx nikkel, cobalt, platinmetallerne og svovl.

Chalcofile, de grundstoffer, der som kobber bindes til svovl under dannelse af sulfidmineraler, fx kobber, jern, zink og bly.

Lithofile, de grundstoffer, der bindes i silikat- og oxidmineraler, og som koncentreres i kappen og jordskorpen, fx silicium, oxygen, aluminium, jern, magnesium, calcium, natrium, kalium, titan, uran og lithium.

Atmofile, de grundstoffer, der koncentreres i atmosfæren, først og fremmest nitrogen, oxygen og argon. Det bemærkes, at fx jern findes i flere grupper, idet det alt efter forholdene kan findes som metal, sulfid, oxid eller silikat i naturen.

Goldschmidt baserede sin opdeling på detaljerede, kemiske analyser af grundstoffordelingen i meteoritters hovedkomponenter, en jern-nikkel-legering, jernsulfidmineralet troilit og silikatmineraler som pyroxen og olivin, samt på de produkter, der dannes ved udsmeltning af kobber og andre metaller af kobberskifer: metalfasen med kobber og andre metaller, matte, der består af sulfider, og slagge, der består af silikatmineraler.

En anden geokemisk inddeling af grundstofferne er i hovedgrundstoffer og sporgrundstoffer.

Hovedgrundstofferne opbygger de bjergartsdannende mineraler som feldspatter og pyroxener; de vigtigste er silicium, oxygen, aluminium, titan, jern, calcium, magnesium, mangan, natrium, kalium og fosfor, dvs. lithofile grundstoffer.

Sporgrundstofferne findes som forurening i de bjergartsdannende mineraler eller som underordnede, accessoriske mineraler, fx zircon. Eksempler er zirconium, lithium, beryllium og tin. Hovedgrundstofferne udgør ofte mere end 99% af en bjergarts vægt, sporgrundstofferne således tilsammen mindre end 1%.

De enkelte grundstoffer forekommer som flere isotoper. Man skelner mellem stabile og radioaktive isotoper. De stabile ændrer sig ikke med tiden; eksempler er kulstofisotoperne 12C og 13C. De radioaktive isotoper henfalder til stabile isotoper, et eksempel er kulstofisotopen 14C, der henfalder til 14N med halveringstiden 5730 år, hvilket kan anvendes til datering af bl.a. arkæologisk materiale.

Grundstofdannelse

Grundstofferne er dannet ved kerneprocesser i Universets begyndelsesfase og dannes til stadighed i stjernernes indre. Teorien for sådanne processer sigter mod at forklare den fordeling af grundstofferne, som man finder overalt i Solsystemet. Læs videre om grundstofdannelse.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Anders Smith, Ole Bostrup, Henning Sørensen: grundstof i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 25. februar 2017 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=86186